Brève histoire de la vie

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Brève histoire de la vie

Comprendre l’origine de la vie est bien plus qu’une aventure scientifique. Comprendre l’origine de la vie, c’est lever (une partie) du voile qui cache sournoisement son sens. Pourquoi sommes-nous là ?

 Par hasard, comme le défendent (par exemple) Richard DAWKINS (Pour en finir avec Dieu), Nietzsche, Laplace, Darwin ou Michel ONFRAY ? Ou sommes-nous le fruit d’un dessein intelligent, comme l’affirment les grands monothéismes et donc redevables d’un « créateur » ? Les ramifications, on le voit, sont multiples, d’ordre scientifique bien sûr, mais aussi métaphysique et religieux. La virulence du combat que se livre :

  • d’un côté, les créationnistes (les partisans du dessein intelligent) ;
  • et de l’autre les laïcs (partisans du hasard) ;

est là pour le démontrer.

Les origines de la vie : le débat fait rage

De grands scientifiques, comme l’astrophysicien Trinh Xuan TUAN, ou un peu moins grand comme les BOGDANOV, sont convaincus de l’existence d’un dessein intelligent : il constate que l’Univers est gouverné par quelques constantes fondamentales (vitesse de la lumière, force de gravitation, force d’interaction électromagnétique, masse de l’électron, constant de Planck…), parfaitement réglés pour autoriser en son sein l’émergence de la vie. Les modèles ont en effet montré que si l’on change d’une fraction la valeur de l’une de ces constantes, l’Univers devient instable et donc stérile. Par exemple, augmentez la force de gravitation et l’Univers se refermera sur vous dans un Big-Crunsh dévastateur. Réduisez-là et son expansion sera tellement rapide qu’il disparaîtra dans un grand froid éternel.

La valeur de ces constantes semble donnée : on ne l’explique pas. Pourquoi un photon court-il à 300 000 km/s ? Mystère ! NEWTON avait ainsi commenté ses lois de la mécanique en insistant sur le fait qu’elles permettaient d’expliquer « comment » les grands objets (les planètes) fonctionnaient ainsi, mais certainement pas « pourquoi ». De là à imaginer, comme VOLTAIRE, qu’un grand horloger a réglé cette belle mécanique, il n’y a qu’un pas. Mais un pas quand même!

Les origines de la vie : du côté de l’entropie

Celle-ci mesure le désordre d’un système : une chambre bien rangée présente ainsi une entropie plus faible que la même chambre après le passage d’un adolescent. Et plus le temps passe, pire sera la chambre : couverte de poussières et tapie de linges sales. Si l’on en croit le second principe de la thermodynamique, un système voit toujours son entropie augmenter (dans l’exemple de la chambre si l’on ne lui fournit pas de l’énergie (par exemple le travail répété d’une femme de ménage), la chambre va naturellement aller vers le désordre.

Or, la vie est un chef-d’œuvre d’organisation. Elle est l’aboutissement d’un chemin allant du désordre (des atomes frénétiques) vers la complexité (un code génétique parfaitement organisé). Elle est donc contraire au second principe. Mais pas tant que ça. Ce second principe doit se comprendre à l’échelle de l’univers tout entier : pour que l’ordre apparaisse ponctuellement quelque part, par exemple dans une flaque d’eau, il faut qu’ailleurs dans l’Univers, le désordre augmente. Et c’est exactement ce qui se passe. Notre cerveau est aujourd’hui le lieu identifié dans l’univers où la matière est le mieux organisée. Il est donc un point singulier qui mérite une attention toute particulière. Cette organisation est-elle le fuit du hasard ? Ou y a-t-il eu un plan d’ensemble réfléchi ? Le désordre de l’univers est-il au service de l’organisation de notre cerveau ?

Hasard, morale et sens de la vie

Si le hasard est roi, alors de sens il n’y a pas et encore moins d’obligations morales. Le Marquis de Sade pourrait alors être le porte-parole de cette chapelle qui ne reconnait aucune limite, aucun carcan, laissant une liberté totale à ses pulsions. Dostoïevski rappelle à cet égard dans les frères Karamasov que « Si Dieu n’existe pas, alors tout est permis ». En effet : pas de crainte d’un jugement dernier, pas de notion de bien et de mal ! Alors on peut y aller à cœur joie.

Si créateur il y a eu, en revanche, l’histoire de la morale est tout différente. Deux grandes familles de conséquences morales sont à distinguer ; des deux écoles de pensés irréconciliables que sont les Déistes et les Théistes :

  1. les Déistes, comme les Épicuriens, les Chrétiens, mais aussi de grands noms de la philosophie comme Voltaire, Leibniz ou Kant, de la science comme, Newton, Einstein ou Trinh Xuan Tuan, sont attachés au principe d’un « Dieu-Horloger » ; un créateur, un architecte qui aurait tout réglé au départ, puis qui aurait laissé le monde aller à sa guise, dotant l’homme d’un libre- arbitre, cette faculté de faire le bien ou le mal ; l’homme étant libre, il est responsable de ses actes et peut donc être jugé. On voit ici tout l’intérêt des religions à postuler ce libre-arbitre pour mieux se présenter en moralisateur et le cas échéant en inquisiteur ; c’est la fable de Caïn qui nous le dit le mieux dans la Genèse.
  2. les Théistes, qui pensent que Dieu a non-seulement tout créé, mais règle encore tout : le fonctionnement de la moindre roue de l’univers, son moindre souffle d’air : un Dieu omniscient et omnipotent. LAPLACE avait ainsi montré l’illusion du libre-arbitre en considérant qu’un génie connaissant tous les paramètres de l’Univers d’aujourd’hui en déduirait, par les simples lois de la physique, l’Univers de demain. Dans un tel contexte, l’homme ne peut être libre puisque tout est écrit à l’avance. Du point de vue morale, l’homme ne peut alors être tenu responsable de ses actes. Spinoza, du haut de son panthéisme redoutable, s’inscrit dans cette école, comme Nietzsche ou Schopenhauer.

Qui a raison ? On le saura jamais. Le mathématicien Kurt GÖDEL ayant démontré l’impossibilité de tout démontrer et en particulier l’existence de Dieu (Kant, sans mathématiques, était arrivé à peu près à la même conclusion ; Nietzsche également avec ses tréfonds qui cachent des tréfonds plus profonds encore).

Alors ? Faut-il continuer à chercher l’origine de la vie ? Sans doute. Avec l’intime conviction que le doute subsistera. Jean-Paul II, parodiant à cette occasion PASTEUR, n’avait-il pas rappelé « qu’un peu de science éloigne de Dieu (c’est ce qui s’est passé dans les esprits éclairés de la révolution comme CONDORCET ou DIDEROT) et beaucoup de science en rapproche (comme c’est le cas dans la tête de nombreux scientifiques (comme NEWTON ou EINSTEIN) qui découvrent petit à petit l’immensité de notre ignorance et notre incapacité fatale à tout savoir).

Des vers dans le fruit

Mais revenons à l’origine de la vie. PASTEUR, en 1865, a montré de manière spectaculaire l’impossibilité d’une génération spontanée. Des organismes ne peuvent émerger de la matière inerte comme on le croyait encore à l’époque.

Ce fut Aristote qui pausa les bases, puis fit le succès de la Théorie de la génération spontanée : la possibilité de faire émerger de la matière inerte un être vivant, sans ascendant. Démocrite, le père du matérialisme atomique et le grand inspirateur d’Epicure, avait déjà avancé la possibilité que les atomes (la plus petite fraction possible de la matière) puissent s’assembler pour former de minuscules êtres vivants. Ce fut en observant les moisissures, en particulier sur les aliments, qu’Aristote se convainquit de sa théorie qui ne souffrit d’aucune contestation pendant deux millénaires ! Il fut étonnant que l’Eglise (saint Augustin) reprit à son compte cette théorie : « Que les eaux produisent en abondance les créatures mouvantes qui ont vie » (Genèse 1:20). Des souris pouvaient ainsi surgir d’un tas d’ordures ! Notre PASTEUR démontra en 1865 l’erreur manifeste d’Aristote. Si des vers apparaissent, c’est qu’ils sont déjà là, sous formes d’embryons. La pasteurisation permet d’éliminer ces germes et empêchent toute apparition d’êtres vivants.

Atome sentimental

Pourtant, force est de constater que la vie est apparue sur terre. Que s’est il passé ? Comment du « non-vivant » (le prébiotique ou la matière inerte) est devenu « vivant » (le biotique). Comment est-on passé d’un bouillon d’atomes à la matière organisée capable de se répliquer ? L’esprit, l’intelligence, les sentiments ont émergé de ces assemblages complexes de molécules de telle sorte qu’aujourd’hui des structures faites de carbone, hydrogène et d’oxygène (entre autres) aiment, rient ou pleurent.

Le code, porté par l’ADN, comprend le plan complet de l’être (de toutes les créatures vivantes) et son mode de fonctionnement. Ce code est écrit avec seulement quatre lettres et tient tout entier dans des cellules de quelques microns. S’est-il assemblé par hasard ? Difficile à concevoir car la probabilité d’un tel évènement est ridiculement faible. S’est il formé sous les contraintes que lui imposaient l’environnement ? Ou, à l’image d’un code informatique, a-t-il eu besoin d’un « codeur », comme le pense Bill Gates ?

La brève histoire de la vie ne fait que commencer. Elle ne se refermera pas. Mais peut-on commencer à l’écrire, comme LAPLACE, c’est-à-dire sans faire appel à l’hypothèse Dieu ? C’est le défit que vient de relever le petit père COMBES.

Les origines de la vie

Comment en est-on arrivé là ?

Comment est on-passer de l’inerte au vivant. Comment des atomes se sont-ils assemblés pour former les édifices impressionnants que sont les cellules (voir l’image ci-dessous) puis une girafe ? D’où viennent les briques de la vie (les protéines) ? Pourquoi se sont-elles organisées pour constituer des cellules ? Comment s’est constitué :

  • le noyau, qui enferme le matériel génétique ;
  • les ribosomes, les usines de montage de protéines ;
  • les mitochondries qui alimentent la cellule en énergie ?

Voilà une série de questions que l’on pourrait allonger à l’infini sur le mystère des premiers instants de la vie…

Les origines de la vie

Il y a 5 milliards d’années

La vie, telle que nous la connaissons, suppose quelques invariants :

  • de l’eau sous forme liquide pour favoriser des réactions chimiques ;
  • la présence en grande quantité d’atomes de carbone (C), d’oxygène (O), d’hydrogène (H), d’azote (N), mais aussi de phosphore (P) de soufre (S) et encore quelques autres comme le fer (Fe), pour assembler les premières molécules « organiques ».

Par chance (ou par nécessité comme le dirait Jacques MONOD ?), ces éléments sont présents en grande quantité sur terre. Lors de sa formation, il y a cinq milliard d’années, sous l’effet de la gravité, les composés lourds se sont enfoncés dans ses profondeurs, laissant la surface libre pour les éléments légers qui ont constitué les premières molécules organiques simples. Le carbone s’est ainsi assemblé avec quatre molécules d’hydrogène pour constituer le méthane (CH4), l’azote avec trois molécules d’hydrogène pour former l’ammoniac (NH3).

La terre primitive était assez différente de la planète bleue que nous connaissons aujourd’hui. Son atmosphère était essentiellement constituée de vapeur d’eau (H2O). Sa surface était constellée de roches en fusion, de volcans laissant échapper des gaz toxiques, tels que l’acide sulfurique (H2SO4). Aucune vie n’était alors possible : Outre la vapeur d’eau, l’atmosphère contenait de l’ammoniac (NH3), du méthane (CH4), du dioxyde de carbone (CO2). Le refroidissement progressif a permis l’apparition de molécules plus complexes comme :

  • le formaldéhyde (HC=O) ;
  • l’acide cyanhydrique (HCN) ;

deux molécules essentielles pour la suite de l’histoire et qui se forment spontanément lorsque une source d’énergie se présente (voir plus loin l’expérience de MILLER). En particulier, Juan ORO a montré que la synthèse d’un nucléotide majeur (l’Adénine) est possible à partir de l’acide cyanhydrique. Cette adénine est également l’un des constituants de l’ATP et est donc, à ce titre, capital dans la fourniture d’énergie à la cellule.

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La condensation de la vapeur d’eau a provoqué des pluies torrentielles à l’origine d’un lessivage des roches primaires, apportant aux océans en formation des composés minéraux en quantités importantes et notamment de la silice (Si). L’atmosphère était alors dépourvue d’oxygène et riche en CO2. L’effet de serre stabilisa les températures et maintint une température suffisante pour une eau liquide (à cette époque le soleil était faiblard et son rayonnement n’était pas suffisant). Malgré sa faible activité, le soleil bombardait la surface de la terre d’UV qui n’étaient pas, comme aujourd’hui, arrêtés par l’ozone (O3) stratosphérique. Ce bombardement interdisait toute stabilité moléculaire en détruisant les édifices naissants. Seul le fond des océans était épargné. Il n’est donc pas surprenant que la vie ait éclos sous les mers.

Les origines de la vie

Sous l’océan

Les volcans sous-marins, mais aussi les sources hydrothermales, ont permis la remontée d’éléments lourds et notamment de fer (qui en solution s’exprime en ion ferreux Fe2+), mais aussi de phosphate et d’acide sulfurique. L’océan primitif était donc :

  • très chaud, en raison de l’activité volcanique, mais aussi du bombardement UV en surface ;
  • très acide, car concentré en acide sulfurique ;
  • riche en éléments organiques et en minéraux, en raison du lessivage des sols et de l’apport des sources hydrothermales et des volcans.

Ce cocktail détonnant porte le joli nom de soupe primitive.

On le voit, jusque-là, pas besoin de l’intervention d’autre chose que le hasard et la nécessité.

Les origines de la vie

La soupe primitive

Cette soupe était encore très chaude. Sa température excédait les 100 °C. Une pression atmosphérique, particulièrement élevée à cette époque, la maintenait à l’état liquide. L’atmosphère était le siège de de décharges électrique permanentes, liées à la forte activité tellurique (la foudre). La chaleur et l’énergie ont alors permis la formation des premières molécules. Le bombardement UV (en surface) eut aussi son importance en réduisant le CO2, c’est-à-dire en lui arrachant une molécule d’oxygène pour la remplacer par de l’hydrogène, de l’azote ou du carbone. C’est le type de réaction qui est à l’œuvre dans la photosynthèse, les plantes formant de la matière organique réduite à partir du CO2 et de l’énergie du soleil. Cette réduction du CO2 eut aussi comme conséquence d’enrichir l’atmosphère en oxygène.

Les acides aminés : premières briques de la vie

En 1953, MILLER a montré qu’un mélange constitué d’ammoniac (NH3), de méthane (CH4), de vapeur d’eau (H2O) et de CO2, exposé à des décharges électriques, formait spontanément des molécules organiques comme des acides aminés.

Comme son nom l’indique, un acide aminé est un acide (groupement HOOC-) qui porte une fonction amine (-NH2). Leur association permet d’obtenir une molécule avec une tête acide et une queue basique, offrant la possibilité de créer des chaînes d’acides aminés : La tête du premier acide s’assemble avec la queue du suivant dans une liaison dite « peptidique ». La chaîne porte alors le nom de polypeptide.

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La liaison peptidique libère une molécule d’eau

Les équations de la vie

L’atmosphère est alors riche en azote (N2) et en ammoniac (NH3) et en méthane (CH4). Elle est bombardée de rayons UV venus du soleil. L’énergie fournit au gaz (N2) est dans certains cas suffisante pour le séparer en une paire d’atomes :

N2 – > 2 N

Ces atomes ainsi libérés sont très énergétiques et viennent agresser leurs congénères et notamment le méthane donnant naissance au fameux acide cyanhydrique (HCN) qui jouera un rôle fondamental par la suite :

N + CH4 -> HCN +3/2 H2

L’autre molécule essentielle, le formaldéhyde (HCOH) apparait à son tour :

CH4 + H2O -> HCOH + 2 H2

Maintenant si on mélange de l’aldéhyde et de l’acide cyanhydrique, avec un peu d’eau, on obtient un acide aminé :

HCOH + HCN + NH3 -> Amino-nitrile (+H2O) -> acide aminé + ammoniac (gazeux)

Cette réaction est connue sous le nom de « synthèse de STRECKER ». Il ne reste plus qu’aux acides aminés à s’assembler pour former des chaines qui deviendront les protéines.

Maintenant, en mélangeant :

  • deux formaldéhydes, on obtient du glycoladéhyde (HO(CH2)COH) qui, mélangé avec l’acide cyanhydrique, donne à son tour de la stérile, un acide aminé (la sérine) ;
  • deux acide cyanhydrique, en ajoutant des UV et un peu d’eau, on obtient de la guanine, l’une des quatre lettres du code génétique ;
  • deux formaldéhydes, en ajoutant de la chaux (craie) en présence de borate , on peut former des sucres (riboses) d’intérêt biologique (des pentoses : sucres à cinq carbones).

Et Dieu dans tout ça ? Le petit père COMBES n’a pas eu recours à cette hypothèse : un monde prébiotique complexe peut se former naturellement en reproduisant simplement les conditions de l’atmosphère primitive. Toutes ces synthèses (et bien d’autres) ont été réalisées dans des laboratoires humains, peut-être trop humains aurait dit Nietzsche.

Les protéines

Lorsque l’on atteint une chaîne de plus de dix acides aminés reliés par des liaisons peptidiques, on parle de protéines. Il s’agit de macro-molécules ayant de fortes masses molaires et qui peuvent se replier pour former des objets tridimensionnels. Tout dans le corps humain est fait de protéines sauf la molécule d’ADN qui abrite le code génétique (et aussi le mode d’emploi pour fabriquer des protéines).

Les catalyseurs

Certaines réactions chimiques ne peuvent se réaliser qu’en présence d’un catalyseur, une substance qui provoque la réaction mais qui n’y participe pas. C’est le cas des réactions impliquant des substances organiques. Pour s’assembler ou se transformer, une molécule organique doit généralement libérer de l’O2. Or, en milieu aqueux, c’est-à-dire saturé en oxygène, c’est impossible. Des catalyseurs furent nécessaires et notamment le fer remonté des entrailles de la terre.

Le fer subissait le bombardement des UV provenant du le soleil. Ce bombardement parvenait à arracher deux électrons (chargés négativement) de son cortège électronique qui tournait jusque-là autour de son noyau (chargé positivement).

Fe + UV -> Fe2+ + 2 e-

L’atome fer, à l’origine neutre électriquement, se répandit dans les eaux sous forme de l’ion (Fe2+), chargé positivement (puisqu’il avait perdu deux charges négatives). Les électrons (e-) libérés se baladèrent alors librement dans la soupe où ils se combinèrent avec les ions H+ aussi en ballade dans l’eau pour former l’atome de dihydrogène H2.

2 H+ + 2e- -> 2 H2

Cet hydrogène fut alors disponible et arracha l’oxygène des molécules organiques pour former de l’eau. Le fer a donc bien catalysé la réaction dite de « réduction » de la molécule organique lui donnant ainsi la faculté d’évoluer.

Les molécules organiques ont alors proliféré pour s’accumuler au fond de l’océan en couches épaisses. Ce fut dans ses couches que les polypeptides se sont sans doute constitués. DARWIN s’est alors invité à la fête. Les molécules les plus stables ont pris le pas sur les autres instables à durée de vie limitée. On pense que des milieux confinés, tels que des cavités dans des rochers ou des mares, ont favorisé cette concentration et donc la formation de chaînes de plus en plus longues. Pendant des milliards d’années, cette chimie prébiotique (avant la vie) fut à l’œuvre constituant aléatoirement une purée monstrueuse de molécules organiques variées. Mais on n’était encore loin de la vie. La formation des molécules était aléatoire, non-dirigée par un code.

Les origines de la vie

Le code

Dans la purée, on identifiait notamment :

  • l’adénine (formée à partir de l’acide cyanhydrique), la première lettre du code génétique notée « A » ;
  • les acides triphosphates (ou ATP), formés à partir de l’adénine qui seront plus tard les fournisseurs en énergie de la cellule ;
  • des bases azotées (la guanine (G), la cytosine (C), thymine(T)), les trois autres lettres du code génétique.

Les quatre lettres (ou bases azotées) eurent tendance, par affinité chimique, à s’assembler entre elles. Cet assemblage leur offrit un avantage compétitif, car les lettres, ainsi associées deux par deux (A avec C et G avec T), se protégèrent mutuellement.

DARWIN favorisa ainsi la constitution des chaînes de lettres. La molécule d’ARN (l’acide ribonucléique) était née.

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Brin d’ARN

Les chaînes s’allongèrent et se tordirent dans tous les sens jusqu’à former des boucles. Cette gesticulation offrit à la molécule un second avantage compétitif : en se repliant, elle acquit la solidité mécanique en plus de la stabilité chimique. En parallèle de cette première chaîne de lettres, vint s’agglutiner d’autres lettres en fonction des affinités déjà mentionnées (A avec C et G avec T). Une deuxième chaîne se constitua ainsi en face de la première.

Pour la première fois, la construction d’une molécule organique n’était pas le fruit du hasard : la seconde chaîne était l’image « en négatif » de la première. Elle avait :

  • des C à la place des A (et réciproquement) ;
  • et des G à la place des T et (réciproquement).

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Il s’agissait de la première réplication pilotée d’une molécule organique. L’ARN put s’auto-reproduire. Certains brins, plus stables que d’autres, mobilisèrent les ressources du milieu et éliminèrent leurs concurrents. Encore DARWIN ! La nature n’étant pas parfaite, des erreurs de réplications ouvrirent la porte à de nouvelles molécules, encore plus stables (ou pas) et surtout disposant de nouvelle propriétés comme celle de catalyser des réactions.

La lecture du code

Mais la stabilité a son travers : elle tue l’évolution. Heureusement, un nouveau départ intervint lorsqu’un ARN se combina avec un acide aminé. Cette combinaison due au hasard se révéla encore plus stable. On vit alors naître une colonie d’ARN portant son acide aminé. Ces ARN « porteurs d’acides aminés » s’accrochèrent (du côté de leur base azotée) sur un ARN « porteur de code ». À l’autre bout, leurs queues aminées entrèrent en contact et s’assemblèrent. Une chaîne d’acides aminés (des polypeptides) pouvait ainsi se constituer à partir du code lu sur l’ARN « porteur de code », grâce à l’ARN dit « de transfert ». La nature venait d’inventer la tête de lecture du code et la chaîne d’assemblage des acides aminés qui allait former les protéines.

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acide amnié

Les différents types d’ARN aujourd’hui : 1. les ARN messagers (ARNm), qui servent de matrice pour la synthèse des protéines; 2. les ARN ribosomiques (ARNr), qui entrent dans la composition des ribosomes, avec les protéines ribosomiques ; 3. les ARN de transfert (ARNt), qui portent des acides aminés et permettent la construction protéines ; 4. les ARN interférents (ARNsi, ARNmi…), qui permettent l’expression des gènes,en ciblant la dégradation des ARN messagers spécifiques ou en inhibant la traduction des protéines.

Les protéines et les enzymes

Les protéines sont constituées de chaînes d’acides aminés (il en existe 20 différents). Elles ont la faculté de se replier sur elle-même pour former toutes sortes d’assemblages qui sont autant de briques de la vie. Ce pliage eut deux conséquences : il permit

  • une meilleure stabilité de la longue molécule ;
  • un rapprochement d’acides aminés jusque-là séparés. Elle joua ainsi un rôle catalytique en favorisant cet assemblage qui sinon n’aurait jamais eu lieu.

Ces protéines favorisant certaines réactions (assemblage d’acides amines) portent le nom d’enzymes.

Ces protéines-enzymes peuvent cependant favoriser la duplication de tous les ARN, provoquant une dangereuse concurrence pour l’ARN porteur de code qui était à son origine. Il fallait donc l’enfermer pour éviter qu’elle ne fasse profiter à d’autres de ses pouvoirs catalytiques.

La membrane de la cellule

Le cloisonnement du code (ARN) et de son enzyme fut assuré par une membrane qui sépara l’extérieur (la soupe) de l’intérieur. L’apparition de la membrane allait tout changer : c’était un atout supplémentaire sur le chemin de la complexité. Cette paroi allait marquer une différence entre :

  • l’intérieur organisé ou l’entropie (la mesure du désordre) allait pourvoir diminuer grâce à l’importation d’énergie et l’exportation de déchets, autorisant ainsi l’apparition de molécules de plus en plus complexes ;
  • et l’extérieur soumis aux fluctuations du milieu.

Cette membrane fut constituée de corps gras : des lipides. Certains d’entre eux (les phospholipides) ont en effet :

  • une extrémité hydrophile (qui aime l’eau en grec) ;
  • une extrémité hydrophobe (qui n’aime pas l’eau toujours en grec).

Ils se collent les uns aux autres jusqu’à former une véritable barrière, repoussant d’un côté l’eau et en l’attirant de l’autre . Ils finissent par former une sphère creuse (coacervats). L’enveloppe ou membrane de la cellule est née. Les molécules hydrophobes du milieu extérieur vont y trouver naturellement refuge

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Membrane cellulaire

 

Les prototypes de cellules

Lorsqu’un ARN portant le code de la protéine favorisant sa duplication fut enveloppée avec cette dernière dans une membrane isolante, la partie fut gagnée : la protéine devint exclusive. Elle ne favorisa plus que la duplication de son ARN source qui put ainsi proliférer à l’abri de a concurrence.

Des enzymes (ribozymes) ont pu ensuite favoriser le passage de l’ARN (chaîne à un seul brin) à l’ADN (deux brins parallèles en double-hélice). L’ARN avait notamment l’inconvénient de disposer d’une liaison OH très énergétique qui le rendait instable. La nature devait arracher cet oxygène toxique ou en d’autres termes désoxygénés l’acide ribonucléique qui devint désoxyribonucléique (ADN). L’ADN avait l’avantage d’être plus résistant et de pouvoir se diviser en deux brins, chacun portant le code.

Les passages membranaires

Le système n’était pas encore achevé. Une membrane trop étanche ne servait à rien. Il convenait de créer des passages capables de filtrer les entrées et les sorties. De longues chaines de sucres vont servir à établir cette fonction : les polysaccharides. Ils renforcèrent (au sens mécanique du terme) aussi la membrane qui gagna en rigidité. La cellulose est un exemple qui donne à la plante sa rigidité.

Des protéines vinrent s’ajouter à l’édifice pour filtrer les échanges entre l’intérieur et l’extérieur de la membrane. Une sorte de douane se met en place pour que la cellule puisse importer ses nutriments et exporter ces déchets et réguler ses paramètres vitaux comme le pH. Pour ce dernier paramètre, la cellule peut à la demande exporter des protons (H+) responsables de l’acidité ou au contraire en importer pour conserver une neutralité (pH = 7).

La question de l’énergie

Pour fonctionner la cellule avait besoin d’énergie. Elle pouvait pour cela, importer des molécules d’ATP (adénosine triphosphate), une source appréciable d’énergie ou dégrader des sucres. Cette méthode se révéla peu efficace.

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L’ATP se dégradait en ADP (adénosine diphosphate) en libérant son énergie mais ne pouvait être régénéré.

ATP + H2O -> ADP + HPO42- + énergie

Pour réaliser la réaction inverse, il faut un apport d’énergie. La nature trouva alors une méthode bien plus efficace. Des pigments (la chlorophylle) sont apparus, offrant à la cellule la possibilité de récupérer l’énergie solaire et de régénérer ainsi « gratuitement » l’ATP.

La cellule venait de s’affranchir du problème de l’énergie et pouvait conquérir la planète.

Autotrophe et Hétérotrophes

Cette cellule allait donner naissances aux êtres autotrophes, capables de se développer en puisant des ressources uniquement dans le milieu (soleil, CO2, nutriments) ; les plantes aujourd’hui sont les grands représentants de cette classe. Plus tard, apparaîtra une seconde classe, celle des hétérotrophes, qui ne peuvent subsister qu’en assimilant la première. L’homme, et plus généralement le règne animal additionné des champignons, font partie de cette seconde classe.

Les origines de la vie

En conclusion

Le chemin est encore long et l’histoire est imparfaite. Toutefois, cet essai montre que l’histoire de la vie peut être écrite sans faire appel à l’hypothèse DIEU. LAPLACE, le grand mathématicien de l’Empereur, était déjà arrivé à cette conclusion : « Dieu ? Sire, je n’ai pas eu besoin de cette hypothèse « .

Heisenberg, le physicien allemand, avait montré au début du XXème siècle que l’incertitude fait partie de notre monde, que certains phénomènes échappent et échapperont toujours aux lois de la mécanique. Avait-il démontré l’existence du hasard ? D’autres, comme Niels BOHR, avait confirmé cette idée et s’opposait à Einstein sur ce point qui répétait à l’envi ; « Dieu ne joue pas aux dés ». Schrödinger, un autre physicien allemand de la même époque, avait émis l’hypothèse selon laquelle la position d’un électron ne pouvait être définie qu’à partir de probabilités : bref l’électron était l’image de l’aléatoire.

On ne peut terminer sans citer également le mathématicien Gödel qui a établi l’impossibilité de tout démontrer : notamment l’existence de Dieu. Pour cela, il faudrait être à l’extérieur de l’univers, être plus grand que lui, ce qui, bien entendu, n’est pas possible…

Le débat entre créationniste et athéiste ne peut donc s’achever. cela a été démontrer mathématiquement.

La communauté scientifique s’accorde sur un point : le mystère de la vie n’est pas prêt d’être résolu et certaines zones resteront, malgré nos efforts, dans l’ombre. Chacun devra donc forger sa propre opinion, qui restera une profession de foi qui échappe à la science.

Les origines de la vie

Les dernières avancées

Les origines de la vie posent un certain nombre de paradoxes : pour permettre l’émergence de la vie, une molécule codante (ADN) est nécessaire pour fournir un plan de construction des protéines. Mais les cellules ne peuvent copier l’ADN sans l’aide des protéines. Pour complexifier le tout, cette réplication n’est possible qu’en présence d’une membrane constituée de lipides. Un autre problème de la poule et de l’œuf apparaît alors puisque des protéines fonctionnant comme des enzymes sont nécessaires pour fabriquer ces lipides. Chacun ayant besoin de l’autre pour exister, la question de qui fut là le premier devient inévitable.

Les chercheurs pensent aujourd’hui avoir résolu ce paradoxe : une paire de simples composants chimiques, abondants lors des premiers âges de la terre, est suffisante pour donner naissance à un réseau complexe de réactions chimiques qui produisent à terme les trois familles de molécules essentielles à la vie :

  1. les acides nucléiques ;
  2. les acides aminés ;
  3. les lipides.

Les scientifiques, depuis longtemps, se disputent sur la vraisemblance des chemins conduisant à la vie. Il y a par exemple les tenants du monde à ARN, qui pensent que cet acide fut pionnier, en permettant à la fois :

  • de porter le code génétique ;
  • et de fonctionner comme une protéine-enzyme catalysant les réactions.

De l’autre côté, les avocats de la théorie du « métabolisme d’abord » affirment que de simples métaux, par leur pouvoir catalysant, ont pu créer dans la soupe prébiotique des briques du vivant.

L’hypothèse d’un monde à ARN connut son heure de gloire en 2009. John SUTHERLAND, de l’université de Cambridge (UK), a publié un papier dans lequel il relatait qu’à partir de simples molécules précurseurs (acétylène et formaldéhyde), il pouvait engendrer une chaîne de réactions conduisant à la formation de deux des nucléotides présents dans l’ADN, montrant ainsi comment l’ARN a pu se former de manière presque spontanée, sans l’aide d’enzymes. Mais des critiques ont donné de la voix : les deux précurseurs de John étaient déjà des molécules complexes dont l’origine n’était pas très claire.

Dans leurs études récentes, Sutherland et ses collègues ont alors établi un programme de travail à contresens visant à identifier « une route vers l’ARN « , à partir de matériaux encore plus simples. Et ils ont réussi ! Dans un papier d’avril 2015 de Nature, son équipe a décrit une expérience permettant de créer des précurseurs d’acides nucléiques en partant d’acide cyanhydrique (HCN), d’hydrogène sulfuré (H2S) et de lumière (UV). Cerise sur le gâteau, ils ont également vu apparaître les matériaux de départ pour la fabrication des acides aminés et des lipides. De simples molécules peuvent, dans certaines conditions, s’assembler pour former les premières briques de la vie.

L’équipe de Sutherland a confirmé en outre que l’atmosphère de la terre des origines était favorable au déclenchement de telles réactions : L’HCN y était abondant dans les commettes qui ont bombardé pendant plusieurs centaines de millions d’années notre jeune terre. L’énergie dégagée par l’impact était en outre suffisante pour synthétiser du HCN à partir de l’hydrogène, du carbone et du nitrogène. L’H2S était quant à lui abondant en raison du volcanisme intense. Il est possible que le cuivre soit intervenu comme catalyseur.

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